¿Quién no ha soñado con realizar viajes interestelares para llegar a mundos remotos y desconocidos, quizá influido por películas y libros en su niñez y adolescencia?
Desde hace décadas, tal posibilidad también es tomada en serio por la comunidad científica. Más aún con los excitantes descubrimientos casi semanales de nuevos exoplanetas.
Pero cuando nos ponemos serios al respecto y decimos ¡Sí, vamos a hacerlo! chocamos contra la pared de la realidad: los viajes interestelares presentan obstáculos formidables. Mucho más grandes que los de los viajes interplanetarios:
- La enorme energía que se necesitaría para impulsar una nave a velocidades que permitan alcanzar destinos fuera del sistema solar en escalas temporales de menos de un siglo.
- La radiación ionizante interestelar a la que sería sometida la tripulación de tales naves por largos períodos.
- El polvo interestelar que, a grandes velocidades, puede ser un peligro para la nave.
- Los efectos psicológicos y físicos en la tripulación, asociados con el aislamiento, confinamiento, microgravedad, etc.
Pero, al final del día, todos tienen su origen en un hecho: las enormes distancias involucradas.
Un Cosmos demasiado vasto
Para poner las cosas en perspectiva, nuestra sonda espacial más veloz, la Parker Solar Probe, tiene programado para 2024 una velocidad estimada de 720.000 Km/h en su afelio (menor distancia al Sol) de ese año. Esto constituye 0,067% de la velocidad de la luz. Y eso gracias a la asistencia de la gravedad del Sol.
A esta velocidad, la Parker llegaría al sistema de Próxima Centauri, situado a 4,25 años-luz de distancia en 6.375 años. Y para ello, no contaría con la asistencia gravitacional del Sol, por loe su velocidad sería unos 90% menos.
Veámoslo de otra manera. Si la distancia Sol-Tierra la escalamos a 1 metro, la distancia entre el Sol y Próxima sería de 276 kilómetros.
Debemos entonces concluir que, con nuestra tecnología actual, el viaje interestelar no resulta alcanzable. Nuestra actual tecnología es dolorosamente lenta cuando se trata de viajes interestelares.
Pero eso no desanima a los intrépidos científicos. Ya existen varias propuestas para superar tal barrera, porque el viaje interestelar es algo que la Humanidad tiene como meta.
Velas de luz y velas eléctricas
En un interesante documento, los astrofísioccos Manasvi Lingam y Abraham Loeb (sí, el mismo involucrado en el affaire ‘Oumuamua) detallan una manera de alcanzar velocidades próximas a las de la luz.
Se trata nada menos que de usar fuentes astrofísicas (supernovas, núcleos galácticos activos) para acelerar naves a velocidades relativistas.
Los autores se centran en las «velas de luz» y las «velas eléctricas«, que aprovechan la transferencia de «momentum» de fotones y protones, respectivamente.
Estas naves espaciales no necesitan llevar combustible a bordo, lo que reduciría a un mínimo la masa de la nave. Ésta llevaría una vela, como la de los barcos veleros, pero de varios kilómetros de ancho en algunos modelos y, al acercarse a la fuente astrofísica, se despliegaría y activaría.
Las emisiones electromagnéticas de la fuente impulsaría la vela y la nave con ella a velocidades relativistas.
Los autores del estudio consideran una serie de objetos astrofísicos como estrellas masivas, microquásares, supernovas, pleriones y núcleos galácticos activos, mostrando que las velocidades terminales que se aproximan a la velocidad de la luz podrían ser alcanzables en circunstancias ideales, siempre que se utilicen materiales de navegación y técnicas de control suficientemente avanzados.
La luminosidad de las fuentes determina la velocidad máxima que puede alcanzar una vela de luz, la llamada «velocidad terminal». Mientras que el Sol es demasiado débil para permitir velocidades relativistas, la luz de las estrellas masivas puede acelerar una nave espacial a varios por ciento de la velocidad de la luz. Con supernovas y nucleos galácticos activos, son posibles velocidades aún más altas.
Sin embargo, acelerar una nave a altas velocidades terminales toma algún tiempo. Los autores estudiaron el tiempo de aceleración para llegar al 5%, 10% y 20% de la velocidad de la luz, dependiendo de la luminosidad de la fuente. Para fuentes más tenues que 10 7 L ☉ (menos de 10 millones de veces la del Sol), se necesitan varios miles de años para alcanzar velocidades relativistas.
Las fuentes más brillantes solo requieren unos pocos meses para alcanzar el 10% de la velocidad de la luz. Este tiempo de aceleración es problemático para supernovas porque su brillo máximo suele durar menos. Sin embargo, los núcleos galácticos activos operan en escalas de tiempo de 10 a 100 millones de años, por lo que una aceleración se lograría en unos pocos meses.
¿Y qué pasa con las velas eléctricas?
Las velas eléctricas podrían ser incluso más prometedoras que las velas de luz. Necesitan partículas cargadas, por lo que las posibles fuentes astrofísicas serían los vientos estelares y los flujos de salida de núcleos galácticos activos o pleriones.
Los autores encontraron que una nave espacial puede alcanzar velocidades altamente relativistas (hasta el 90% de la velocidad de la luz) con pleriones, por ejemplo. Por lo tanto, las velas eléctricas podrían proporcionar una propulsión más eficiente para los veleros interestelares.
Naves transgeneracionales
Viajando a velocidades de un 10% de la velocidad de la luz (c), se podrían alcanzar sistemas en un radio de 10 años luz en 100 años. Si la velocidad fuera 20% de c, en esos mismos 100 años, se podría alcanzar una esfera a 20 años-luz. Si queremos viajar a TRAPPIST-1 (40 años-luz de distancia) a 20% de c, nuestro viaje sería de 200 años.
Estos viajes centenarios y bicentenarios tendrían que cubrirse en el lapso de varias generaciones de la tripulación, o bien, con el uso de cámaras de hibernación.
En el primer caso, generaciones enteras vivirían y morirían en el ambiente autocontenido y autosustentado de la nave. Ésta debería ser capaz de proveer todas las necesidades humanas: desde el suministro de gravedad artificial (con el uso de la fuerza centrífuga generada por rotación) hasta áreas para cultivo de alimentos, zonas residenciales, de esparcimiento y recreación, áreas sociales, etc.
El segundo caso es el de el uso de naves criogénicas o «crionaves».
El concepto es el que vemos en películas como «Passengers», «Prometheus» o «Alien». Para un viaje de una duración de décadas, quizá de algunos siglos, se crionizará la tripulación durante largos intervalos, quizá despertándolos cada cierto tiempo.
Teóricamente, la tecnología de crionización relantecería el envejecimiento y así se podría llegar a destino con las capacidades físicas y mentales con las que salieron.
¿Hay realmente alguna investigación que intente lograr el sueño criogénico para los viajes espaciales? Ingenieros y científicos de la compañía aeroespacial SpaceWork Enterprises están trabajando en un proyecto llamado Torpor Inducing Transfer Habitat For Human Stasis to Mars para la NASA.
La idea es utilizar una práctica médica llamada Hipotermia Terapéutica (TH) que comúnmente se aplica para lesiones traumáticas. La tasa metabólica se reduce significativamente al enfriar el cuerpo sólo entre 5 y 7 grados centígrados. De hecho, la tasa metabólica disminuye entre un 5 % y un 7 % por cada 1 °C de disminución de la temperatura corporal.
Para Marte (un viaje de unos siete meses) los astronautas pasarán por varios ciclos de dos semanas de animaciones suspendidas. Durante los días de hibernación, recibirán alimentación endovenosa y sus desechos serán retirados a través de sondas.
Esta tecnología será muy útil para viajes dentro del sistema solar, donde un viaje a Júpiter son 5 años (misión Juno), a Saturno unos 7 años (misión Cassini-Huygens) y a Plutón, 9 años (misión New Horizons). Pero es insuficiente para viajes interestelares.
Ha habido algún estudio que indica que quizá la hibernación de períodos largos como años, no sería viable para humanos en viajes interestelares. La degradación y pérdida de masa del cuerpo sobrepasaría lo mínimo para que el cuerpo pueda sustentar la vida.
Viajes ultra largos
El hecho es que estos proyectos de ingeniería de naves espaciales transgeneracionales o de criogenia impulsadas por velas de luz o eléctricas no estarán disponibles en el corto plazo (esto es, en las siguientes décadas), excepto quizá para viajes dentro del sistema solar.
Por otra parte, incluso viajando a velocidades relativistas, ir por ejemplo a la galaxia más cercana a la Vía Láctea, la galaxia de Andrómeda a 2,5 millones de años luz, sería un viaje impráctico desde todo punto de vista. Es necesario desplazarse a velocidades mayores que la de la luz.
¿Habrá manera de superar las enormes distancias cósmicas a velocidades supralumínicas pero sin violar el inexorable límite de velocidad en el Universo?
Hay un par de soluciones que, matemáticamente, parecen viables y no violan el límite impuesto a la velocidad de la luz por la Relatividad. Aunque basadas en matemáticas rigurosas son, hasta ahora, teóricas.
Ellos son los Puentes Einstein-Rosen y el llamado Motor de Alcubierre.
Puente Einstein-Rosen
Los Puentes Einstein-Rosen, también conocidos como agujeros de gusano se teorizaron por primera vez en 1916, aunque no era así como se llamaban en ese momento. Mientras revisaba la solución de otro físico a las ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, el físico austriaco Ludwig Flamm se dio cuenta de que otra solución era posible. Describió un » agujero blanco «, una inversión de tiempo teórica de un agujero negro. Las entradas a los agujeros blanco y negro podrían estar conectadas por un conducto de espacio-tiempo: un agujero de gusano.
En 1935, Einstein y el físico Nathan Rosen utilizaron la teoría de la relatividad general para desarrollar la idea, proponiendo la existencia de «puentes» a través del espacio-tiempo. Estos puentes conectan dos puntos diferentes en el espacio-tiempo, creando teóricamente un atajo que podría reducir el tiempo y la distancia del viaje. Los atajos llegaron a llamarse puentes de Einstein-Rosen o agujeros de gusano. Tales atajos son predcicho por la Relatividad General.
Pero los agujeros de gusano traen consigo peligros de tamaño, colapso repentino, alta radiación y contacto peligroso con «materia exótica».
El primer problema es el tamaño. Se predice que los agujeros de gusano primordiales existen en niveles microscópicos, con alrededor de 10 -33 centímetros. Sin embargo, a medida que el universo se expande, es posible que algunos se hayan estirado a tamaños más grandes.
Otro problema viene de la estabilidad. Los agujeros de gusano predichos por Einstein-Rosen serían inútiles para viajar porque colapsan rápidamente.
Pero una investigación reciente descubrió que un agujero de gusano que contenga materia «exótica» podría permanecer abierto e inalterable durante períodos de tiempo más largos.
En este caso, la materia exótica sería materia con magnitudes de masa negativas (-1 Kg, por ejemplo) que en vez de curvar el espacio-tiempo en forma cóncava, lo haría en forma convexa. Dicho de otro modo, materia con densidad de energía negativa y una gran presión negativa. Tal materia sólo se ha visto en el comportamiento de ciertos estados de vacío como parte de la teoría cuántica de campos.
Si un agujero de gusano contuviera suficiente materia exótica, ya sea natural o agregada artificialmente, teóricamente podría usarse como un método para enviar información o viajeros a través del espacio.
Motor de Alcubierre
En 1994, Miguel Alcubierre, físico teórico mexicano, desarrolló una teoría que ahora se conoce como el «Impulso de Alcubierre» o «Motor Warp de Alcubierre«.
En resumen, lo que Alcubierre sugiere es que se podría llegar a destino en un tiempo mucho menor del que se emplearía a velocidad de la luz.
Matemáticamente, Alcubierre creó una burbuja dentro del espacio-tiempo que torcía las distancias haciendo posible que cualquier cosa viajara largas distancias dentro de la burbuja. La mayoría de la gente pensó que esto tenía perfecto sentido teórico, pero en la práctica no era viable.
Todos sabemos que nada podría viajar más rápido que la luz como explica la teoría de Einstein. La razón es que se necesita una cantidad infinita de energía para acelerar cualquier objeto hasta la velocidad de la luz.
Pero en el caso del “Motor Warp de Alcubierre” en lugar de superar la velocidad de la luz, podría ser posible que se alcanzara y superara la velocidad de la luz al deformar el espacio-tiempo.
Localmente, una nave no iría a velocidad superlumínica. Más bien, deformando el espacio-tiempo frente a ella y estirándolo tras ella, lograría un impulso que la trasladaría efectivamente más rápido que la luz.
Esto se puede visualizar si queremos viajar hasta un objeto a 10 metros de distancia. A una velocidad de 1 mts/s, llegaríamos en 10 segundos. Pero si el espacio se contrae frente a nosotros a sólo un metro y manteniendo nuestra velocidad de 1 mts/s, llegaríamos al objeto en 1 segundo.
La nave espacial viajera se encuentra dentro de la burbuja de deformación rodeada por un anillo de masa negativa (materia exótica, de nuevo). El anillo de masa negativa ayudará a encoger el espacio-tiempo delante de la nave espacial y a estirar el espacio-tiempo detrás de la nave, permitiendo que la nave se desplace efectivamente diez veces la velocidad de la luz.
Aun así, dentro de la burbuja, la nave mantendrá el límite de velocidad universal.
Aquí también se emplearía materia de masa negativa que, como vimos arriba, en vez de curvar el espacio-tiempo en forma cóncava, lo haría en forma convexa.
Otro obstáculo para la propuesta es la cantidad de energía involucrada. Para impulsar la nave a ese nivel, se necesitaría la masa-energía equivalente a tres masas solares.
Sin embargo, En 2012, el físico Harold White y sus colaboradores anunciaron que la modificación de la geometría de la materia exótica podría reducir los requisitos de energía de masa para una nave espacial macroscópica hasta el equivalente a la masa de Júpiter para una nave de 700 kg. o menos, y declararon su intención de realizar investigaciones y experimentos adicionales para reducir aún más los requerimientos de masa-energía.
La posibilidad existe, pero no por ahora
Estos conceptos, muchos de los cuales están en fase de experimentación e incluso de desarrollo, son basados en los conocimientos actuales de física teórica y sustentados con matemáticas rigurosas.
Sin embargo, el hecho de que las matemáticas lo permitan, no implica que sean realizables en la práctica, advierten algunos científicos.
Si los obstáculos son superados, la criogénesis humana y las velas interestelares pueden estar a punto para la década de los 2030s.
Otros, sin embargo, como las naves usando los motores de Alcubierre no son probables que estén a disposición de la humanidad en las próximas décadas. Y una tecnología de creación y manipulación de puentes Einstein-Rosen (si existen) no es probable que estén para antes del fin de este siglo.
Sin embargo, los avances parecen crecer de modo logarítmico más que geométrico. Por lo que no es de extrañar que veamos noticias sorprendentes en estos campos para los próximos años.
